【C++】类和对象（上）

前言

接下来博主会和大家一起学习类和对象，博主会将这部分的学习分为三个部分，逐步进行，那么类和对象的第一篇文章我们就以认识类和对象为主，什么是类和对象，类和对象的发明是用来解决什么问题的，以及类和对象的一些基本概念。

欢迎大家📂收藏📂以便未来做题时可以快速找到思路，巧妙的方法可以事半功倍。

=========================================================================

GITEE相关代码：🌟fanfei_c的仓库🌟

=========================================================================

1.类的引入

• C语言是面向过程的，关注的是过程，想要完成一个任务，就需要梳理过程，然后代码实现。
• C++是面向对象的，关注的是对象，想要完成一个任务，就需要不同的角色或物体做出相应的行为，我们说这些角色或物体我们就称之为对象，他们的行为称之为方法。

C语言结构体中只能定义变量，相信你也觉得C语言在处理结构体时非常繁琐，在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。

比如：

在之前的数据结构学习中，用C语言方式实现的栈，结构体中只能定义变量；

现在以C++方式实现，会发现struct中也可以定义函数。

这样有什么优点呢？

就是结构体中的成员变量你可以直接拿来用。

不需要再某结构体指针->成员变量或某结构体.成员变量

我们来尝试实现一下栈，看看和以前有什么不同：

typedef int DataType;
struct Stack
{
  void Init(size_t capacity)
  {
    _array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
    if (nullptr == _array)
    {
      perror("malloc申请空间失败");
      return;
    }
    _capacity = capacity;
    _size = 0;
  }
  void Push(const DataType& data)
  {
    // 扩容
    _array[_size] = data;
    ++_size;
  }
  DataType Top()
  {
    return _array[_size - 1];
  }
  void Destroy()
  {
    if (_array)
    {
      free(_array);
      _array = nullptr;
      _capacity = 0;
      _size = 0;
    }
  }
  DataType* _array;//成员变量与参数区分，习惯采用_变量名的方式来声明成员变量
  size_t _capacity;
  size_t _size;
};
int main()
{
  Stack s;
  s.Init(10);
  s.Push(1);
  s.Push(2);
  s.Push(3);
  cout << s.Top() << endl;
  s.Destroy();
  return 0;
}

当然了，上面结构体的定义，在C++中更喜欢用 class来代替。

2.类的定义

class className
{
// 类体：由成员函数和成员变量组成
}; // 一定要注意后面的分号

class为定义类的关键字，ClassName为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束时后面分号不能省略。

类体中内容称为类的成员：类中的变量称为类的属性或成员变量;

类中的函数称为类的方法或者成员函数。

类的两种定义方式：

1. 声明和定义全部放在类体中，需注意：成员函数如果在类中定义，编译器可能会将其当成内联函数处理。

2.类声明放在.h文件中，成员函数定义放在.cpp文件中，注意：成员函数名前需要加类名::

一般情况下，更期望采用第二种方式。

成员变量命名规则的建议：

//我们看看这个函数，是不是很僵硬？
class Date
{ 
public:
  void Init(int year) {
  //这里的year到底是成员变量，还是函数形参？
    year = year;
  }
private:
  int year;
};
//所以一般都建议这样
class Date
{ 
public:
  void Init(int year) {
    _year = year;
  }
private:
  int _year; 
};
//或者这样
class Date
{ 
public:
  void Init(int year) {
    mYear = year;
  }
private:
  int mYear; 
};
//其他方式也可以的，主要看公司要求。一般都是加个前缀或者后缀标识区分就行。

3.类的访问限定符

C++实现封装的方式：

用类将对象的属性与方法结合在一块，让对象更加完善，通过访问权限选择性的将其接口提供给外部的用户使用。

【访问限定符说明】

1. public修饰的成员在类外可以直接被访问
2. protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问(此处protected和private是类似的)
3. 访问权限作用域从该访问限定符出现的位置开始直到下一个访问限定符出现时为止
4. 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。
5. class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)

注意：访问限定符只在编译时有用，当数据映射到内存后，没有任何访问限定符上的区别。

【面试题】

问题：C++中struct和class的区别是什么？

解答：C++需要兼容C语言，所以C++中struct可以当成结构体使用。另外C++中struct还可以用来定义类。和class定义类是一样的，区别是struct定义的类默认访问权限是public，class定义的类默认访问权限是private。

注意：在继承和模板参数列表位置，struct和class也有区别，后序给大家介绍。

另外有关封装：

【面试题】

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

在类和对象阶段，主要是研究类的封装特性，那什么是封装呢？

封装：将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来和对象进行交互。封装本质上是一种管理，让用户更方便使用类。

比如：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用户的就只有开关机键、通过键盘输入，显示器，USB插孔等，让用户和计算机进行交互，完成日常事务。但实际上电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件。

对于计算机使用者而言，不用关心内部核心部件，比如主板上线路是如何布局的，CPU内部是如何设计的等，用户只需要知道，怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。

因此计算机厂商在出厂时，在外部套上壳子，将内部实现细节隐藏起来，仅仅对外提供开关机、鼠标以及键盘插孔等，让用户可以与计算机进行交互即可。

在C++语言中实现封装，可以通过类将数据以及操作数据的方法进行有机结合，通过访问权限来隐藏对象内部实现细节，控制哪些方法可以在类外部直接被使用。

4.类的作用域

类定义了一个新的作用域，类的所有成员都在类的作用域中。

在类体外定义成员时，需要使用 :: 作用域操作符指明成员属于哪个类域。

class Person
{
public:
  void PrintPersonInfo();
private:
  char _name[20];
  char _gender[3];
  int _age;
};
// 这里需要指定PrintPersonInfo是属于Person这个类域
void Person::PrintPersonInfo()
{
  cout << _name << " " << _gender << " " << _age << endl;
}

5.类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化。

1. 类是对对象进行描述的，是一个模型一样的东西，限定了类有哪些成员，定义出一个类并没有分配实际的内存空间来存储它；

2. 一个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象占用实际的物理空间，存储类成员变量。

int main()
{
    Person._age = 100; // 编译失败：error C2059: 语法错误:“.”
    return 0;
}

Person类是没有空间的，只有Person类实例化出的对象才有具体的年龄。

3. 类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子，类就像是设计图，只设计出需要什么东西，但是并没有实体的建筑存在，同样类也只是一个设计，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间。

6.类的存储

❓问题❓

类中既可以有成员变量，又可以有成员函数，那么一个类的对象中包含了什么？如何计算一个类的大小？

通过猜测有以下几种可能 ：

1.对象中包含类的各个成员

缺陷：每个对象中成员变量是不同的，但是调用同一份函数，如果按照此种方式存储，当一个类创建多个对象时，每个对象中都会保存一份代码，相同代码保存多次，浪费空间。

那么如何解决呢？

2.代码只保存一份，在对象中保存存放代码的地址

实际上编译器是这样处理的：

3.只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

并且一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，当然要注意内存对齐。

🎁对“结构体内存对齐”不了解的同学可以看这里🎁

📫CSDN樊梓慕-结构体内存对齐📫

注意：空类比较特殊，编译器给了空类（无成员变量类）一个字节来唯一标识这个类的对象（标识定义的对象存在过）。

7.this指针

我们先来定义一个日期类 Date

class Date
{
public:
    void Init(int year, int month, int day)
    {
        _year = year;
        _month = month;
        _day = day;
    }
    void Print()
    {
        cout <<_year<< "-" <<_month << "-"<< _day <<endl;
    }
private:
    int _year; // 年
    int _month; // 月
    int _day; // 日
    int a;
};
int main()
{
    Date d1, d2;
    d1.Init(2022,1,11);
    d2.Init(2022, 1, 12);
    d1.Print();
    d2.Print();
    return 0;
}

对于上述类，有这样的一个问题：

Date类中有 Init 与 Print 两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当d1调用 Init 函数时，该函数是如何知道应该设置d1对象，而不是设置d2对象呢？

C++中通过引入this指针解决该问题，即：C++编译器给每个“非静态的成员函数“增加了一个隐藏的指针参数，让该指针指向当前对象(函数运行时调用该函数的对象)，在函数体中所有“成员变量”的操作，都是通过该指针去访问。只不过所有的操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，编译器自动完成。

📂this指针的特性📂

• this指针的类型：类 类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
• 只能在“成员函数”的内部使用。
• this指针本质上是“成员函数”的形参，当对象调用成员函数时，将对象地址作为实参传递给this形参。所以对象中不存储this指针。
• this指针是“成员函数”第一个隐含的指针形参，一般情况由编译器通过ecx寄存器自动传递，不需要用户传递。

📺【面试题】📺

1.this指针存在哪里？

this是形参，存在函数栈帧上，VS编译器下，存到ecx寄存器中（因为this经常使用，直接用寄存器存储效率高）。

2.this指针可以为空吗？

可以，只要不使用this指向的成员变量，编译器一般不会报错（理论上是一种编译器的优化）。

// 1.下面程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
class A
{
public:
  void Print()
  {
    cout << "Print()" << endl;
  }
private:
  int _a;
};
int main()
{
  A* p = nullptr;//p就相当于this
  p->Print();
  return 0;
}

虽然this为空指针，但是没有访问this指向的成员变量，编译器不会报错，所以选C。

那么再看，如果访问了this指向的成员变量呢，编译器会不会报错呢？

// 1.下面程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
class A
{
public:
  void PrintA()
  {
    cout << _a << endl;//访问成员变量_a
  }
private:
  int _a;
};
int main()
{
  A* p = nullptr;
  p->PrintA();//访问成员变量_a  this->_a
  return 0;
}

编译检查语法错误，不会检查出空指针，所以这里选B。

=========================================================================

如果你对该系列文章有兴趣的话，欢迎持续关注博主动态，博主会持续输出优质内容

🍎博主很需要大家的支持，你的支持是我创作的不竭动力🍎

🌟~ 点赞收藏＋关注 ~🌟

=========================================================================